java实现队列queue数据结构详解

目录

• 概念
• 队列中两个主要操作
• 队列遵循以下条件：
• 队列的数组实现
• 总结

概念

队列是一种非原始（特殊）的线性表，是一种先进先出（FIFO）的数据结构。它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作。

FIFO：first input first output，即先添加的元素，先移除，最后添加的元素，最后移除。

工作方式类似于商场排队结账情形：

数组模拟队列图示：

队列中两个主要操作

插入值操作：insert ——》 enqueue（入队） ——》参数是要插入的数据data

删除值操作：remove ——》 dequeue （出队）——》 无参

队列遵循以下条件：

如果 FRONT = 0，那么队列就是空的。

如果 REAR = size of the queue，那么队列就是满了。

如果 FRONT = REAR，那么队列中至少有一个元素。

如果你想知道队列中元素的总数，那么使用这个公式计算（REAR - FRONT）+1。

队列的数组实现

我们可以通过数组、堆栈和链表来实现队列。其中数组是实现队列的最简单方法。

创建一个大小为 n 的数组。将 FRONT 和 REAR 的值初始化为 -1，该值表示该数组当前为空。

编写一个ArrayQueue类如下：

class ArrayQueue {
	private int maxSize; // 数组的最大容量
	private int front; // 队列头
	private int rear; // 队列尾
	private int[] arr; // 存放数据, 模拟队列
 
	// 创建构造器，初始化
	public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = -1; // front 是指向队列头的前一个位置
		rear = -1;  // rear  是指向队列尾的数据(最后一个数据)
	}
 
	// 判断队列是否已满
	public boolean isFull() {
		return rear == maxSize - 1;
	}
 
	// 判断队列是否为空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
 
	// 添加数据
	public void addQueue(int n) {
		if (isFull()) {
			System.out.println("队列已满，不能再添加数据了！");
			return;
		}
		rear++; // 让rear 后移
		arr[rear] = n;
	}
 
	// 获取数据
	public int getQueue() {
		if (isEmpty()) {
			// 通过抛出异常
			throw new RuntimeException("队列为空，无数据可取！");
		}
		front++; // front后移
		return arr[front];
 
	}
 
	// 显示队列的所有数据
	public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
			System.out.println("队列空的，没有数据~~");
			return;
		}
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
		}
	}
 
	// 显示队列的头部指向的下一个
	public int headQueue() {
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，没有数据~~");
		}
		return arr[front + 1];
	}
}

编写测试方法：

		//创建一个队列
		ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
		char key = ' '; 
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
		boolean loop = true;
		//输出一个菜单选项
		while(loop) {
			System.out.println("s(show): 显示队列");
			System.out.println("e(exit): 退出程序");
			System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
			System.out.println("g(get): 从队列取出数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
			key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
			switch (key) {
			case 's': //显示队列所有数据
				queue.showQueue();
				break;
			case 'a': //添加数据
				System.out.println("输出一个数");
				int value = scanner.nextInt();
				queue.addQueue(value);
				break;
			case 'g': //依次取出数据
				try {
					int res = queue.getQueue();
					System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					// TODO: handle exception
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h': //查看队列头指向
				try {
					int res = queue.headQueue();
					System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					// TODO: handle exception
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'e': //退出程序
				scanner.close();
				loop = false;
				break;
			default:
				break;
			}
		}
		
		System.out.println("程序退出~~");
	}

总结

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